对齐到8的原因是什么？

Question

  struct {              /* Fileheader */
    uchar file_version[4];
    uchar options[2];
    uchar header_length[2];
    uchar state_info_length[2];
    uchar base_info_length[2];
    uchar base_pos[2];
    uchar key_parts[2];         /* Key parts */
    uchar unique_key_parts[2];      /* Key parts + unique parts */
    uchar keys;             /* number of keys in file */
    uchar uniques;          /* number of UNIQUE definitions */
    uchar language;         /* Language for indexes */
    uchar max_block_size_index;     /* max keyblock size */
    uchar fulltext_keys;
    uchar not_used;                     /* To align to 8 */
  } header;

以上内容是从MySQL源码中提取出来的。

为什么要纠结于8？

Answer 1

这是一种优化，允许CPU更有效地访问内存中的结构。

http://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

Answer 2

原因1:地址计算更快、更小。

在x86和其他一些架构上，如果元素大小是一个“漂亮的四舍五入数”，那么访问数组的元素会更有效率。对于“好的，四舍五入的数字”的定义，学习x86汇编。但是对于以下代码，您可以看到在程序集中访问具有不同大小元素的数组的效果：

struct s { char c[N]; };
int func(struct s *p, int i) { return p[i].c[0]; }

当N为23时(上述结构无填充的大小)：

leaq    (%rsi,%rsi,2), %rax
salq    $3, %rax
subq    %rsi, %rax
movsbl  (%rax,%rdi),%eax

当N为24时(上述结构的大小带填充)：

leaq    (%rsi,%rsi,2), %rax
movsbl  (%rdi,%rax,8),%eax

当N为32时(具有附加填充的上述结构的大小)：

salq    $5, %rsi
movsbl  (%rsi,%rdi),%eax

请注意，访问包含23字节元素的数组中的元素的代码有多复杂。

原因2:对于磁盘上的结构，它允许通过对齐的加载和存储来访问文件中的其他元素。

看起来结构出现在磁盘上。使用填充，32位字可以紧跟在结构之后出现并对齐。这使得访问速度更快--对于内存中的结构，编译器会自动执行此操作，但对于磁盘上的结构，则需要手动执行此操作。如果您尝试访问未对齐的数据，某些架构甚至会崩溃。

unsigned char *data = ...;
header *h = (header *) data;
do_something_with(h);
uint32_t x = *(uint32_t *) (data + sizeof(header));

如果sizeof(header)不是4的倍数，上面的代码将导致SPARC崩溃，并且在x86上，除非sizeof(header)不是4的倍数，否则速度会更慢。

Answer 3

如果头结构在数组中，则数组的所有元素都将以相同的方式对齐。否则，情况就不会是这样。您可以查看下面的代码/输出来验证这一点。

如果Dani在他们的评论中是正确的，用户打算将像file_version这样的东西转换为uint32_t，那么这种对齐将非常重要。

一些代码

#include <stdio.h>

struct padded {
    unsigned char file_version[4];
    unsigned char options[2];
    unsigned char header_length[2];
    unsigned char state_info_length[2];
    unsigned char base_info_length[2];
    unsigned char base_pos[2];
    unsigned char key_parts[2];
    unsigned char unique_key_parts[2];
    unsigned char keys;
    unsigned char uniques;
    unsigned char language;
    unsigned char max_block_size_index;
    unsigned char fulltext_keys;
    unsigned char not_used;
};

struct unpadded {
    unsigned char file_version[4];
    unsigned char options[2];
    unsigned char header_length[2];
    unsigned char state_info_length[2];
    unsigned char base_info_length[2];
    unsigned char base_pos[2];
    unsigned char key_parts[2];
    unsigned char unique_key_parts[2];
    unsigned char keys;
    unsigned char uniques;
    unsigned char language;
    unsigned char max_block_size_index;
    unsigned char fulltext_keys;
};

int main() {
    printf("size padded:      %lu\n", sizeof(struct padded));
    printf("size unpadded:    %lu\n", sizeof(struct unpadded));

    printf("size padded[2]:   %lu\n", sizeof(struct padded[2]));
    printf("size unpadded[2]: %lu\n", sizeof(struct unpadded[2]));
}

输出

size padded:      24
size unpadded:    23
size padded[2]:   48
size unpadded[2]: 46